蠕变材料Ⅲ型准静态扩展裂纹尖场构造分析

采用弹粘塑性力学模型,对蠕变材料中Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度,同时对裂尖场的构造有一定影响.当硬化系数为零时,裂尖场退化为粘弹性-理想塑性解.     

蠕变材料Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场构造分析

采用弹粘塑性力学模型,对蠕变材料中Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度,同时对裂尖场的构造有一定影响.当硬化系数为零时,裂尖场退化为粘弹性-理想塑性解.     

Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的黏弹性--理想塑性场

假设扩展裂纹尖端的人工黏性系数与塑性应变率的幂次成反比,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系．假定应力和应变都具有相同的幂奇异性,对定常扩展裂纹尖端的应力和应变场进行了渐近分析．通过量级分析,讨论了弹性、塑性及黏性3者的匹配条件．对Ⅲ型动态扩展裂纹进行了具体的分析和计算,讨论了解的性质随各参数的变化规律．对相应的准静态问题进行了渐近分析,通过与裂纹扩展速度趋于零时的动态解相比较,表明准静态解是动态解的特例,从而解决了无黏性分析中动态解不能退化为准静态解的矛盾．分析与计算结果表明,黏性效应是扩展裂纹尖端场的一个重要因素．     

压力敏感性材料准静态扩展裂纹尖端场

为了研究压力敏感性材料的准静态扩展裂纹尖端场,建立了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的力学模型.在稳态扩展阶段,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).引入Airy应力函数,通过渐近分析得出了裂纹尖端应力和应变的分离变量形式的渐近解,并采用双参数打靶法求得了裂纹尖端应力和应变的数值结果.数值计算结果表明,裂尖场主要受材料的泊松比v,和幂硬化指数n的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的断裂判据.     

扩展有限元法求解应力强度因子

在常规有限元单元形函数中加入模拟裂纹不连续位移场的跳跃函数,在裂纹尖端构造反映位移场奇异性的裂尖增强函数,采用相互作用积分法求得裂尖应力强度因子．算例结果表明,扩展有限元方法在分析断裂力学问题时具有计算精度高,对有限元网格依赖性小,操作简便等优点．     

III型定常扩展裂纹尖端的黏弹性——理想塑性场

假设扩展裂纹尖端的人工黏性系数与塑性应变率的幂次成反比,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系.假定应力和应变都具有相同的幂奇异性,对定常扩展裂纹尖端的应力和应变场进行了渐近分析.通过量级分析,讨论了弹性、塑性及黏性3者的匹配条件.对Ⅲ型动态扩展裂纹进行了具体的分析和计算,讨论了解的性质随各参数的变化规律.对相应的准静态问题进行了渐近分析,通过与裂纹扩展速度趋于零时的动态解相比较,表明准静态解是动态解的特例,从而解决了无黏性分析中动态解不能退化为准静态解的矛盾.分析与计算结果表明,黏性效应是扩展裂纹尖端场的一个重要因素.     

刚性-粘弹性界面Ⅲ型裂纹尖端场动态解的研究

建立了刚性－粘弹性材料Ⅲ型界面裂纹动态扩展的力学模型,求得了裂尖应力、应变和位移场分离变量形式的渐近解及其数值结果,在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂尖场中主导地位,（σ,ε）∝r^-1(n-1);在稳态蠕变出现之前,裂尖场中弹性变形占主导地位,裂尖场为K场;在稳态蠕变结束之后,裂尖场中粘性变形占主导地位,裂纹尖端场解趋于理想材料的情况,应力、应变场不具有奇异性,讨论了材料参数n和M对裂尖场的影响。     

双材料界面动态扩展裂纹尖端的渐近场

建立了弹性-粘弹性材料Ⅲ型界面裂纹动态扩展的力学模型，求得了裂尖应力、应变和位移场分离变量形式的渐近解及其数值结果。在蠕变变形第二阶段，弹性变形和粘性变形同时在裂尖场中占主导地位，（σ,ε）∝r^-1/(n-1)。讨论了材料参数n和M对裂尖场的影响。数值计算表明：裂尖场受粘弹性材料的粘性指数n的影响较大。     

弹塑性裂纹扩展的裂尖参数研究

在铝合金材料平面应力CT型试件裂纹的稳定扩展和动态塑性的低速裂纹扩展实验的基础上,利用有限元分析获得了弹塑性裂纹扩展尖端的裂尖参数,对高速冲击载荷作用下的裂尖响应作了数值模拟和探讨。通过3种不同载荷状态下的计算,在获得裂尖场分布的同时,发现三轴应力约束仅与试件几何和加载方式有关,并且三轴应力约束参数在裂尖前方相当长一段距离内保持恒值。通过与增量的积分参数T     

幂硬化材料平面应力受拉伸裂纹的解析研究

目的构造幂硬化材料中受拉伸裂纹顶端渐近场的分析解．方法使用了构造函数法．结果精确的渐近场得以发现．结论表明对这一类非线性问题,精确解是可能的．     

双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的分支裂纹的应力强度因子

为研究源于正方形孔的一对分支裂纹问题提出一种边界元法,该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明,这种边界元法对计算平面弹性复杂裂纹的应力强度因子非常有效.给出的双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的一对分支裂纹的应力强度因子的详细数值结果,可以揭示双向载荷参数对应力强度因子的影响.     

A numerical method for multiple cracks in an infinite elastic plate

This article examines the interaction of multiple cracks in an infinite plate by using a numerical method. The numerical method consists of the non-singular displacement discontinuity element presented by Crouch and Startled and the crack tip displacement discontinuity elements proposed by the author. In the numerical method implementation, the left or the right crack tip element is placed locally at the corresponding left or right crack tip on top of the constant displacement discontinuity elements that cover the entire crack surface and the other boundaries. The numerical method is called a hybrid displacement discontinuity method. The following test examples of crack problems in an infinite plate under tension are included： “ center-inclined cracked plate”, “interaction of two collinear cracks with equal length”, “interaction of three collinear cracks with equal length”, “interaction of two parallel cracks with equal length”, and “interaction of one horizontal crack and one inclined crack”. The present numerical results show that the numerical method is simple yet very accurate for analyzing the interaction of multiple cracks in an infinite plate.     

数值方法计算应力强度因子的稳定性问题研究

准确而稳定地计算动态应力强度因子是断裂问题研究中的难点之一。尽管精确性备受重视,但稳定性问题常被忽略。利用一个新建议的辅助函数,根据能量释放率原理,计算了不同断裂模式的应力强度因子,并针对裂纹拟静态扩展时穿越各个单元、虚拟扩展区位置变化、网格划分的微小差异所导致裂尖相对单元位置变化,验证了应力强度因子计算的可靠性和稳定性,结果令人满意。     

Stability Analysis for Projectile with Wrap-Around Fins

Based on the stability theory, numerical simulations and theoretical calculations are performed for a projectile with wrap-around fins. Its stability is analyzed and the flow field is simulated with computational fluid dynamics method. Consequently, the     

Crack tip higher order stress fields for functionally graded materials with generalized form of gradation

A generalized form of material gradation applicable to a more broad range of functionally graded materials (FGMs) was presented. With the material model, analytical expressions of crack tip higher order stress fields in a series form for opening mode and shear mode cracks under quasi-static loading were developed through the approach of asymptotic analysis. Then, a numerical experiment was conducted to verify the accuracy of the developed expressions for representing crack tip stress fields and their validity in full field data analysis by using them to extract the stress intensity factors from the results of a finite element analysis by local collocation and then comparing the estimations with the existing solution. The expressions show that nonhomogeneity parameters are embedded in the angular functions associated with higher terms in a recursive manner and at least the first three terms in the expansions must be considered to explicitly account for material nonhomogeneity effects on crack tip stress fields in the case of FGMs. The numerical experiment further confirms that the addition of the nonhomogeneity specific terms in the expressions not only improves estimates of stress intensity factor, but also gives consistent estimates as the distance away from the crack tip increases. Hence, the analytical expressions are suitable for the representation of crack tip stress fields and the analysis of full field data.     

定常微量喷气提高轴流压气机稳定工作裕度机理探讨

顶部喷气是提高压气机稳定工作裕度的有效方式之一。文中设计了一种新型的喷嘴结构,利用高速单级轴流压气机试验台,研究了定常微量喷气对压气机性能和稳定工作裕度的影响。试验结果表明:在53%设计转速下,占压气机设计流量0.064%的喷气量可以使得压气机的失速裕度提高7.69%。同时,对带定常微量喷气的压气机转子内部流动进行了时间精确的非定常数值模拟,对比分析了喷气前后转子顶部区域不同的流动结构。将顶部间隙泄漏涡轨迹向压气机转子尾缘推移,抑制来流/顶部间隙泄漏流交接面向转子叶片前缘移动是定常微量喷气提高压气机失速裕度的主要机理。     

非稳态蠕变裂纹C（t）积分和J（t）积分的有限元分析

利用有限元法分析恒定载荷和非恒定载荷作用下的非稳态蠕变裂纹问题。数值结果显示,虽然J积分和C积分在非稳态蠕变条件下均是路径相关的,但它们与路径相关的强弱程度大不一样。J积分在短时蠕变和长时间蠕变条件下是路往无关的,而在过渡蠕变时期,其与路径也只是弱相关。C积分在长时间蠕变条件下是路径无关的,而在短时蠕变条件下,其与路径呈现一种强相关。根据J积分和C积分的路径相关程度,提出了确定裂纹尖端J积分和C积分的方法,并给出恒定载荷、线性载荷和指数载荷作用下的有关分析结果。     

一类复合缺陷对SH波散射及动应力强度因子

运用Ｇｒｅｅｎ函数法研究圆形弹性夹杂及其侧边径向裂纹,一种新复合型缺陷对ＳＨ波散射问题,求解侧边裂纹的散射和裂纹尖端场动应力强度因子。首先,给出在表面处含有半圆形弹性夹杂的弹性半空间的水平表面上任意一点,承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数。其次,取该位移函数作Ｇｒｅｅｎ函数,推导出该问题的定解积分方程。最后,分析介质参数对面圆形弹性夹杂的动应力强度因子的影响。     

正交各向异性弹塑性幂硬化材料Ⅲ型静止裂纹的尖端场

本文采用Hill弹塑性理论.合出正交各向异性材料Ⅲ型静止裂纹的尖端场,其结果表明:在裂纹尖端附近各向异性材料的应力应变奇异性与各向同性材料的结果相同.但它们的幅度受各向异性的影响.通过数值计算可以清楚地看出这种影响的结果并根据这些理论结果给出了合理的断裂准则.